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文丘里管的结构形式和技术要求

2013-01-04 12:59阅读：

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9 文丘里管的结构形式和技术要求
原文网址：http://61.53.245.1/gs_gczd/jxjd/rgweb/rg59/rg59fj2.htm

有下述两种不同型式的文丘里管：
a. 经典文丘里管；
b. 文丘里喷嘴。
文丘里管轴向截面如图11所示，图中所注字母供本章以下条款参照之用。
9.1 经典文丘里管
9.1.1 几何廓形
文丘里管的结构形式和技术要求
图11 经典文丘里管的几何形状
经典文丘里管是由入口圆筒段(以下简称圆筒段)A、圆锥收缩段(以下
简称收缩段)B、圆筒形喉部(以下简称喉部)C和圆锥扩散段(以下简称扩散段)E组成。文丘里管的内表面是一个对称于旋转轴线(下称轴线)的旋转表面，该轴线与管道轴线同轴。并且收缩段B和喉部C同轴。可通过目测检查，认为是同轴即可。
9.1.1.1 圆筒段A的直径应为D，与管道内径之差不大于0.01D。圆筒段A的长度建议等于D，从收缩段B与圆筒段A的相交线的所在平面量起。按照文丘里管的不同型式，其长度可略有不同。（见9.1.1.7、9.1.1.8和9.1.1.9）。
圆筒段A的直径D应在垂直于轴线的、上游取压口所在的平面上测量。测量的数目至少应等于取压口的数目（最少为四个）。
应在每对取压口附近处测量直径，亦应在各对取压口之间测量直径。所有这些测量值的平均值作为计算直径比以及计算流量时的D值。
亦应在取压口平面之外的其它平面上测量直径。
任何一直径与直径平均值之差为直径平均值的±0.4％。
当所有被测直径与直径平均值之差均符合上述要求时，则认为满足该要求。
9.1.1.2 任何型式的经典文丘里管其收缩段B均应为圆锥形，并有21°±1°的夹角，上游始端起自收缩B段与圆筒段A（或各自的延长部分）的相交线的所在平面，而下游终端则截止于收缩段B与喉部C（或各自的延长部分）的相交线的所在平面。收缩段B的轴向长度，即该两平面之间的距离约等于2.7(D-d)。
收缩段B是由半径R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面过渡到圆筒段A的。R 文丘里管的结构形式和技术要求的值取决于经典文丘里管的型式。
收缩段B的廓形应使用样板进行检验。在收缩段B，样板与任何截面的偏差均为±0.004D。
当在垂直于轴线的同一平面上，任意测量两个直径，任意直径与直径平均值之差不得超过直径平均值的±0.4％时，才认为该收缩段B的内表面是旋转表面。用同样方法来检验半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面是旋转表面。
9.1.1.3 喉部C应是直径为d的、与旋转轴线对称的圆形管段。上游始端起自收缩段B与喉部C（或各自的延长部
分）的相交线的所在平面；下游终端截止于喉部C与扩散段E（或各自的延长部分）相交线的所在平面。不管何种型式的经典文丘里管其喉部C的长度，亦即该两平面之间的距离均应等于d。
喉部C由半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面与收缩段B相连接，同时由半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面与扩散段E相连接。R 文丘里管的结构形式和技术要求和R 文丘里管的结构形式和技术要求的值取决于经典文丘里管的型式。
直径d值应在取压口的平面上非常仔细地测得。测量的数目应至少等于喉部取压口的数目（最少为 四个）。应在每对取压口附近处测量直径，亦应在各对取压口之间测量直径。所有这些测量值的平均值作为计算直径比以及计算流量时的d值。
还应在取压口平面之外的其它平面上测量直径。任意直径与直径平均值之差不得超过直径平均值的±0.10％。当所有被测直径与直径平均值之差均符合上述要求时，则认为满足该要求。
经典文丘里管的喉部C内表面应经机械加工，其表面粗糙度应满足9.1.1.6所给出的粗糙度要求。
应按9.1.1.2所述方法分别检验半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求和R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面是否是旋转表面。当位于垂直于轴线的同一平面上，任意测量两个直径，测得的直径值与直径平均值之差不超过直径平均值的±0.1％时，才认为该表面是旋转表面。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求和R 文丘里管的结构形式和技术要求之值应采用样板进行检验。
样板与经典文丘里管之间的偏差，对每个曲面都应以均匀的方式出现，因此测得的单个曲率的最大偏差出现在样板形线大约中间位置处。该最大偏差之值应不超0.02d。
9.1.1.4 扩散段E应为圆锥形，并具有7°到15°之间的扩散角，建议选择7°到8°之间的扩散角。其最小直径应不小于喉部C直径。
9.1.1.5 当扩散段E的出口直径小于直径D时，则经典文丘里管称为“截尾的”文丘里管；而当出口直径等于直径D时，则称为“不截尾的”文丘里管。扩散段E可截去其长度的35％，而压力损失没有明显变化。
9.1.1.6 喉部C与邻近连接曲面的粗糙度高度参数R 文丘里管的结构形式和技术要求应小于10 文丘里管的结构形式和技术要求d（见5.1.2）。扩散段E是粗铸的，其内表面应清洁而光滑。经典文丘里管其它部分的粗糙度取决于文丘里管的型式。
9.1.1.7 具有粗铸收缩段的经典文丘里管的廓形特性
收缩段B的内表面是砂型铸造而未经机械加工。但它必须是没有裂纹、裂口、凹陷、不平和杂质。表面粗糙度高度参数R 文丘里管的结构形式和技术要求必须小于10 文丘里管的结构形式和技术要求D。圆筒段A的内表面可以不加工，但应具有与收缩段B同样的表面粗糙度。圆筒段A的最小长度等于下列两值中较小者：
1D，或0.25D＋250mm（见9.1.1.1）。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应等于1.375D±2.75D。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应等于3.625D±0.125D。
喉部C的圆筒部分的长度应不小于d/3。半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面端面与喉部取压口轴线所在平面之间的距离也应不小于d/6。同样，半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求的连接曲面的始端与喉部取压口轴线所在平面之间的距离也应不小于d/6。（见9.1.1.3关于喉部长度的叙述）。半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应在5d到15d之间，其值随扩散角减小而增大，半径R 文丘里管的结构形式和技术要求建议采用近似10d。
9.1.1.8 具有机械加工收缩段的经典文丘里管的廓形特性
圆筒段A的最小长度应等于D。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应小于0.25D，最好等于零。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应小于0.25d，最好等于零。
半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求连接曲面的终端与喉部取压口轴线所在平面之间的距离应不小于0.25d。
半径为R 文丘里管的结构形式和技术要求连接曲面的始端与喉部取压口轴线所在平面之间的距离应不小于0.30d。
曲率半径R 文丘里管的结构形式和技术要求应小于0.25d，最好等于零。
圆筒段A的内表面和收缩段B的内表面应具有与喉部C相同的表面粗糙度（见9.1.1.6）。
9.1.1.9 具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管的廓形特性
圆筒段A的最小长度等于D。
除焊接之后所形成的曲面之外，在圆筒段A与收缩段B之间应无连接曲面。在收缩段B与喉部C之间、喉部C与扩散段E之间均无连接曲面。
圆筒段A与收缩段B的内表面应清洁、无结皮和焊渣。它可以镀锌。其粗糙度高度参数R 文丘里管的结构形式和技术要求大约为5×10 文丘里管的结构形式和技术要求D。
内部焊缝应与周围的表面齐平，且不能靠近任何取压口。
9.1.2 应用范围
凡是符合本标准的经典文丘里管其应用范围取决于经典文丘里管的制造方法。
根据收缩段B内表面的技术要求以及收缩段B与喉部C相交处的廓形，把经典文丘里管分成了三种型式。这三种型式的文丘里管的制造方法分别阐述于9.1.2.1至9.1.2.3条中，它们之间略有不同。
9.1.2.1 具有粗铸收缩段的经典文丘里管的制造方法和应用范围
这种型式的文丘里管是采用砂型铸造成型的文丘里管，或用其它方法制成的，但在其收缩段B的表面上，有类似砂型铸造的表面粗糙度的经典文丘里管。喉部C经过机械加工，圆筒与圆锥之间的接合处应修圆（即圆弧过渡，下同）。
这种经典文丘里管应用范围：
100mm≤D≤800mm
0.30≤β≤0.75
9.1.2.2 具有机械加工收缩段的经典文丘里管的制造方法和应用范围
这种型式的文丘里管是一种与上述一样采用砂型铸造成型或其它方法制造的经典文丘里管，但其收缩段B是象喉部C和圆筒段A那样进行机械加工的，圆筒与圆锥之间的结合处可以修圆，也可以不修圆。
这种经典文丘里管的应用范围：
50mm≤D≤250mm
0.40≤β≤0.75
9.1.2.3 具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管的制造方法和应用范围
这种型式的文丘里管通常是焊接制成的。对于较大直径的经典文丘里管，可不用任何机械加工，但对较小直径的经典文丘里管，其喉部C必须经机械加工。
这种经典文丘里管的应用范围：
200mm≤D≤1 200mm
0.40≤β≤0.70
9.1.3 材料和制造
9.1.3.1 只要文丘里管符合上述要求且在使用中保持不变形，经典文丘里管可用任何材料和方法制造。
9.1.3.2 制造文丘里管时，建议收缩段B与喉部C连为一体。对于具有机械加工收缩段的经典文丘里，收缩段B与喉部C用一块整料加工而成。即使它们是分开两部分制造，也应在内表面最后机械加工之前组装好，然后加工内表面。
9.1.3.3 应特别注意使扩散段E与喉部C同轴。在这两部分之间的直径方向上应无台阶。
有关这一点在经典文丘里管未安装到管道上之前，以及在扩散段E与喉部C组装之后，通过触摸方法来检查。
9.1.3.4 当喉部C加衬套时，应先将衬套组装好后，再进行机械加工。
9.1.4 取压装置
9.1.4.1 上游取压口和喉部取压口应做成几个单独的管壁取压口形式，用均压环把几个单独管壁取压口连接起来。
9.1.4.2 这些取压口的直径应在4mm到10mm之间，此外上游取压口的直径应不大于0.10D，喉部取压口的直径应不大于0.13d。
在适合所测流体粘度和清洁度的情况下，建议取压口的直径尽量小。
9.1.4.3 上游取压口和喉部取压口均不少于四个，以供测量上游和喉部压力。并且位于垂直于经典文丘里管轴线的平面上，取压口的轴线应彼此具有相等的角度。
9.1.4.4 各取压口的洞孔与管壁贯穿处应呈圆形。其边缘应与管壁齐平、无毛刺和无异常现象。为确保洞孔边缘无毛刺或卷口，允许有倒圆，倒圆的半径小于取压口直径的1/10。
9.1.4.5 从管道内壁量起，取压口在至少2.5倍取压口直径的长度范围内应为圆筒形。
9.1.4.6 上述要求采用目测检查
9.1.4.7 取压口的间距是取压口轴线与下述规定的基准平面之间的距离，在平行于经典文丘里管的轴线上测得。
对于具有粗铸收缩段的经典文丘里管，上游取压口轴线距收缩段B（或它们的延长部分）和圆筒段A的相交平面之间的距离应为：
当100mm≤D＜150mm时：0.5D±0.25D；
当150mm≤D≤800mm时：0.5D 文丘里管的结构形式和技术要求D。
对于具有机械加工收缩段的经典文丘里管和具有粗焊铁板收缩段B的经典文丘里管，上游取压口轴线距圆筒段A和收缩段B（或它们的延长部分）的相交平面之间的距离应为：0.5D±0.05D。
对于所有型式的经典文丘里管，喉部取压口轴线距收缩段B和喉部C（或它们的延长部分）的相交平面之间的距离均为：0.5d±0.02d。
9.1.4.8 上、下游均压环的横截面面积应分别等于或大于上、下游侧管壁取压口总面积之半。但是在经典文丘里管的上游，敷设有能引起流体非对称流动的局部阻流件时，在文丘里管前，即使有符合规定长度的直管段，建议均压环的横截面面积也应按上述值加倍。
9.1.5 流出系数
9.1.5.1 使用极限条件
无论哪种型式的经典文丘里管，都必须避免同时采用D、β、R 文丘里管的结构形式和技术要求的极限值。否则，9.1.7所给出的不确定度很可能会增大。关于超出经典文丘里管所规定的使用极限时，有关R 文丘里管的结构形式和技术要求、K/D和β对流出系数C值的影响，尚未标准化，但可参照附录C(参考件)。
9.1.5.2 具有粗铸收缩段的经典文丘里管在下述规定条件下使用：
100mm≤D≤800mm
0.30≤β≤0.75
2×10 文丘里管的结构形式和技术要求≤R 文丘里管的结构形式和技术要求≤2×10 文丘里管的结构形式和技术要求
在上述条件下，流出系数C=0.984。
9.1.5.3 具有机械加工收缩段的经典文丘里管的流出系数
具有机械加工收缩段的经典文丘里管在下述规定条件下使用：
50mm≤D≤250mm
0.40≤β≤0.75
2×10 文丘里管的结构形式和技术要求≤R 文丘里管的结构形式和技术要求≤1×10 文丘里管的结构形式和技术要求
在上述条件下，流出系数C=0.995。
9.1.5.4 具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管的流出系数
具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管在下述规定条件下使用：
200mm≤D≤1200mm
0.40≤β≤0.70
2×10 文丘里管的结构形式和技术要求≤R 文丘里管的结构形式和技术要求≤2×10 文丘里管的结构形式和技术要求
在上述条件下，流出系数C=0.985。
9.1.6 可膨胀性系数
可膨胀性系数按公式(24)进行计算，在8.1.6.3中的说明同样适用于本标准中的各种型式的经典文丘里管。但应在9.1.5.2、9.1.5.3或9.1.5.4条的使用极限之内。
9.1.7 流出系数的不确定度
9.1.7.1 具有粗铸收缩段的经典文丘里管
9.1.5.2条中所给出的流出系数的百分率不确定度δC/C=±0.7％。
9.1.7.2 具有机械加工收缩段的经典文丘里管
9.1.5.3条中所给出的流出系数的百分率不确定度δC/C=±1％。
9.1.7.3 具有粗焊铁板收缩段的经典文丘里管
9.1.5.4条中所给出的流出系数的百分率不确定度δC/C=±1.5％。
9.1.8 可膨胀性系数的不确定度
可膨胀性系数 文丘里管的结构形式和技术要求的百分率不确定度：
δ 文丘里管的结构形式和技术要求/ 文丘里管的结构形式和技术要求=±(4+100 文丘里管的结构形式和技术要求)△P/P 文丘里管的结构形式和技术要求％。
9.1.9 压力损失
9.1.9.1 压力损失的定义(见图12)
文丘里管的结构形式和技术要求
图12 经典文丘里管的压力损失
　
文丘里管的压力损失，可根据管道上安装文丘里管前、后的管道压力变化来确定。如果 文丘里管的结构形式和技术要求为管道上未安装文丘里管时，两个取压口之间测得的压力差，其中一个取压口位于文丘里管上游，距文丘里管上游法兰至少1D处，而在另一个则在下游，距文丘里管下游法兰至少6D处。如果 文丘里管的结构形式和技术要求为管道上安装了文丘里管后，在上述两取压口处所测得的压力差，则文丘里管产生的压力损失为 文丘里管的结构形式和技术要求- 文丘里管的结构形式和技术要求。
9.1.9.2 相对压力损失
相对压力损失值用公式(27)计算：
文丘里管的结构形式和技术要求 ………………………(27)
相对压力损失除与△P有关外，也与下述因素有关：
a. 与直径比有关：当β增大时，ξ减小；
b. 与雷诺数有关：当R 文丘里管的结构形式和技术要求增大时，ξ减小；
c. 与文丘里管的制造特性有关：(包括扩散段的扩散角，收缩段的制造方式，各个部件的表面粗糙度等)。当φ和K/D增大时，ξ增大。
d. 与安装条件有关：即与管道的同轴度以及上游管道内壁的粗糙度等因素有关。一般来说，相对压力损失大约有在5％到20％之间，附录D(参考件)给出了某些因素对经典文丘里管压力损失影响的资料。
9.2 文丘里喷嘴
9.2.1 几何廓形
文丘里喷嘴轴向截面如图13所示。图中所注字母仅供本章以下条款参照之用。文丘里喷嘴是由收缩段、圆筒形喉部(以下简称喉部)和扩散段组成。
9.2.1.1 上游端面是与图9所规定的ISA1932喷嘴完全相同。
8.1.2.2、8.1.2.3和8.1.2.4条中的规定同样适用于文丘里喷嘴。
9.2.1.2 喉部(见图13)是由长度为0.3d的与ISA1932喷嘴(见图9)相同的部分E和长度为0.4d至0.45d的部分 文丘里管的结构形式和技术要求所组成。
喉部直径的d值，是在垂直轴线的平面上至少测量四个直径的平均值，且各直径相互有大致相等的角度。
喉部应为圆筒形，任何横截面的任何直径与直径平均值之差不得超过直径平均值的±0.05％。当所有被测直径与直径平均值的偏差均应符合该要求时，则认为满足上述要求。
9.2.1.3 扩散段(见图13)应与喉部的 文丘里管的结构形式和技术要求部分连接，而无圆弧面过渡，并应除去所有毛刺。
扩散段的扩散角φ应为：φ≤30°
扩散段的长度L实际上对流出系数C并无影响，然而扩散段的扩散角影响扩散段的长度从而影响压力损失。
　
文丘里管的结构形式和技术要求
图13 文丘里喷嘴
　
文丘里管的结构形式和技术要求
图14 配置夹持环的文丘里喷嘴
　
9.2.1.4 可以象经典文丘里管一样，把文丘里喷嘴截尾(见9.1.1.5)。
9.2.1.5 文丘里喷嘴的内表面的粗糙度高参度数应为R 文丘里管的结构形式和技术要求≤10 文丘里管的结构形式和技术要求d(见5.1.2)。
9.2.2 材料和制造
9.2.2.1 只要文丘里喷嘴符合9.2.1条中的规定，并且在使用中不会变形，文丘里喷嘴可用任何材料和方法制造。测量时保持文丘里喷嘴清洁。
9.2.2.2 文丘里喷嘴一般是用耐磨和耐腐蚀的金属材料制造。
9.2.3 取压装置
9.2.3.1 取压口的位置
取压口的轴线可位于任意轴向平面内，但需满足7.2条的规定。
9.2.3.2 上游取压口
上游取压口与本标准7.2.2中所规定的ISA1932喷嘴完全相同，即采用角接取压口(亦见图13和图14)。
9.2.3.3 喉部取压口
喉部取压口，由引到均压环的至少四个单独钻孔取压口组成。不得采用环隙或间断隙。取压口的轴线应彼此大约有相等角度，并且在垂直于文丘里喷嘴轴线的平面上，该平面是圆筒形喉部E与 文丘里管的结构形式和技术要求部分之间的假想界面。
取压口的直径应足够大，以防止被污垢或气泡堵塞。
文丘里喷嘴喉部中的单独钻孔取压口的直径δ应小于或等于0.04d，且应在2mm到10mm之间。
9.2.4 系数
9.2.4.1 使用极限条件
文丘里喷嘴应在本标准规定的下述条件下使用：
65mm≤D≤500mm
d≥50mm
0.316≤β≤0.775
1.5×10 文丘里管的结构形式和技术要求≤R 文丘里管的结构形式和技术要求≤2×10 文丘里管的结构形式和技术要求
9.2.4.2 流出系数
流出系数C由下式给出：C=0.9858-0.196β 文丘里管的结构形式和技术要求
为方便起见，附录A(补充件)表A14给出了流出系数C值，该值是β的函数。表中数值不供精确内插，更不允许外推。
在9.2.4.1的使用极限之内，C值与雷诺数和管道直径D无关。
上述C值大部分实验是在相对粗糙度K/D≤3.8×10 文丘里管的结构形式和技术要求的管道中进行的。如果文丘里喷嘴上游直管段，至少10D长度范围内，管道相对粗糙度在表6的极限之内(见表7.3.1关于K/D的估算)，其余部分的粗糙度不符合表6的要求也是可以使用的。
表6 文丘里喷嘴相对粗糙度上限值
β
 ≤0.35
 0.36
 0.38
 0.40
 0.42
 0.44
 0.46
 0.48
 0.50
 0.60
 0.70
 0.775
10 文丘里管的结构形式和技术要求K/D
 25
 18.6
 13.5
 10.6
 8.7
 7.5
 6.7
 6.1
 5.6
 4.5
 4.0
 3.9
　
9.2.4.3 可膨胀性系数
在9.2.4.1条的使用极限之内。可膨胀性系数用公式(24)计算。
9.2.5 不确定度
9.2.5.1 流出系数的不确定度
在9.2.4.1的使用极限条件之内，同时假定β为已知且无误差，则流出系数C值的百分率不确定度
δC/C=±(1.2+1.5 文丘里管的结构形式和技术要求)％。
9.2.5.2 可膨胀性系数的不确定度
可膨胀性系数 文丘里管的结构形式和技术要求值的百分率不确定度：
δ 文丘里管的结构形式和技术要求/ 文丘里管的结构形式和技术要求=±(4+100 文丘里管的结构形式和技术要求)△P/P 文丘里管的结构形式和技术要求％。
9.2.6 压力损失
当扩散角不大于15°时，压力损失按9.1.9中规定方法计算。

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